EP1554525B1 - Vorrichtung zum erzeugen, speichern und abgeben von w rme an einen zu beheizenden raum - Google Patents

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EP1554525B1
EP1554525B1 EP03809331A EP03809331A EP1554525B1 EP 1554525 B1 EP1554525 B1 EP 1554525B1 EP 03809331 A EP03809331 A EP 03809331A EP 03809331 A EP03809331 A EP 03809331A EP 1554525 B1 EP1554525 B1 EP 1554525B1
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EP
European Patent Office
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gas
combustion chamber
burner
air
heated
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EP03809331A
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Karl Eberl
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FML THERMOPROJEKT GmbH
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    • F23J11/04—Devices for conducting smoke or fumes, e.g. flues  in locomotives; in road vehicles; in ships
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    • F23J2900/13005—Protections for chimneys or flue tops against external factors, e.g. birds
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    • F23M2900/00—Special features of, or arrangements for combustion chambers
    • F23M2900/05004—Special materials for walls or lining

Definitions

  • the invention relates to a device for generating, storing and dispensing heat to a room to be heated.
  • Such devices such as a conventional tiled stove, are well known.
  • a device comprises a shell of refractory material, such as chamotte, surrounding and thus confining a combustion chamber.
  • the proposed heating medium such as fuel oil or wood
  • the proposed heating medium is burned, whereby heat is generated.
  • This heat is then released from these devices, optionally after (short-term) storage, to a room to be heated.
  • FR 2 052 009 such gas and air supplyable apparatus for generating, storing and releasing heat to a room to be heated is described.
  • DE 43 29 726 C2 shows a tile basic furnace, which is bricked up from firebricks. The tile basic furnace is fired by means of a gas burner.
  • shut-off device Between the gas burner and the chimney connection a shut-off device is arranged.
  • the shut-off device can be electronically actuated by a servomotor in such a way that the flow of fresh air when the gas burner is at a standstill is largely prevented.
  • an opening In the wall, an opening is provided, which can be closed by a Anatomklappe.
  • the Anatomklappe is opened and closed by a second actuator.
  • the CH 467 is a ventilation gas stove with refractory insert for storing heat.
  • the combustion chamber limiting jacket is provided with an outer lining of cast iron and includes Sheets of refractory material for heat storage.
  • US Pat. No. 2,542,124 discloses a heater having a combustor for burning liquid fuel such as gasoline or oil.
  • FR 1.448.343 discloses a combustion device in the form of a gas burner, the combustion chamber of which is at least partially accessible from the outside via an opening or the like, the opening being closable via a transparent door.
  • the generated exhaust gases generally have 100 ° C and more. This in turn is associated with large heat losses. Not least as a result results in such devices, the additional requirement to provide diameter of the fireplace or the exhaust duct of at least 200 mm, which inevitably increases the size of such devices and their application possibilities are significantly reduced with only a small footprint.
  • active measures for cooling the exhaust air or the exhaust gas are required.
  • the combustion chamber is not completed with respect to the fuel to be supplied, whereby the combustion characteristics and temperature profiles are not kept constant. Not least as a result, these devices usually have an efficiency of only about 60%. Along with this, particularly high costs are incurred in the operation of such devices.
  • such devices are usually assembled in place from a variety of components and then permanently installed. A transport option of these devices is therefore locked out.
  • EP-A1-0 641 974 discloses as the closest prior art a device for generating, storing and releasing heat to a room to be heated, comprising a combustion chamber surrounded by a shell of refractory material and formed of fireclay , A combustion device arranged in the combustion chamber, with a gas / air mixture supplyable and an exhaust duct. According to GB-A1-823469, the exhaust air duct is further arranged in the lower region of the combustion chamber.
  • the gas burner according to US-A1-4,639,213 is designed as a gas radiation burner with a burner medium of a homogeneous, permeable mat structure.
  • the use of a device for automatic adjustment of the gas / air is known for example from EP-A1-0 036 364.
  • a plate extending substantially horizontally and extending in or parallel to a plane spanned by the burner medium is provided in the region of the bottom of the combustion chamber to form a space via which the second supply line to Supply of air and the means for adjusting the air / gas ratio communicate.
  • the discharge is still associated with the device according to the US-A1-5,479,916 means for increasing the prevailing negative pressure therein.
  • the invention is based on the object of providing a device for generating, storing and dispensing heat to a room to be heated, with which the above disadvantages can be prevented, which consequently has a very high degree of efficiency combined with very low operating costs, which as far as possible lowers the temperature of the exhaust gas, thereby avoiding large heat losses, thereby significantly reducing the diameter of the exhaust pipe and thus can significantly improve the potential applications, and which constructive particularly simple, compact, stable and at the same time transportable.
  • the temperatures of the exhaust gas can be lowered by about half the temperature of conventional devices in the inventive device. Due to the fact that the combustion chamber is closed or quasi isolated from the gas / air mixture supplied to the combustor and to be burned, any additional combustion is excluded in the combustion chamber. At the same time an increase in the flame temperature and a deteriorated efficiency due to a significantly increased temperature profile of the exhaust air and the exhaust gas are avoided at the same time.
  • the combustion device is provided with a device for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be burned.
  • the combustor further comprises a fully premixed radiant gas burner to which a burner medium having a homogeneous, permeable mat structure or the like is associated.
  • the gas-jet burner which acts as an injector burner, and the burner medium, which radiates or glows infrared in the form of a mat or plate made of ceramic, lead to a very powerful construction of the device according to the invention as a whole.
  • a large area distributed heat transfer is possible due to the large surface of the burner medium.
  • the device according to the invention has a very simple, compact and stable construction and also allows their transport from one place to another. In that regard, it is basically possible to move the device without much effort from one place to another and then to put it back into operation.
  • the gas-jet burner according to claim 2 has a housing, at the top of which the burner medium is arranged facing the combustion chamber and into which the device opens for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be burned ,
  • the burner medium is formed of ceramic.
  • the burner medium is formed of ceramic fibers, which are coated in particular with silicon carbide and welded together.
  • the burner medium is powerful and forms a stable, self-supporting mat structure. Already seconds after the ignition the full radiation is reached. After switching off the burner, the radiation is completed. Their surface cools down immediately. In this way, a long preheating before ignition and the generation of residual heat are avoided. An accurate and optimal control is guaranteed.
  • homogeneous and cost-effective radiation results from the homogeneous mat structure. Finally, such a mat structure has a very long service life.
  • the combustion chamber limiting coat of refractory material according to claim 4 may be additionally provided with an outer lining.
  • claims 5 to 8 are of extremely great interest, namely that the largely visible outer lining at least partially of stone, especially natural stone, preferably marble, granite or soapstone, or artificial stone, ceramic, refractory glass or metal, in particular Cast steel, structural steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof is / are formed.
  • combustion chamber limiting coat of refractory material according to the features of claim 9 is taken up and supported by a frame, a particularly simple, compact and stable construction can be achieved, which also after completed construction without much effort a degradation of the device according to the invention , whose transport and subsequent construction of the device allows elsewhere.
  • the frame according to claim 10 comprises a bottom element, corner connected to the bottom element, angular longitudinal support members and connected to the side members, substantially adapted to the base of the bottom element and circumferential head element.
  • the frame according to the technical features of claim 11 made of steel, in particular stainless steel, preferably made of stainless steel is formed.
  • the frame and, consequently, the entire device according to the invention is extremely resistant and, for example, insensitive to condensate forming in the combustion chamber.
  • the first supply line for supplying the gas according to claim 12 via at least one, in particular two, valve / e, preferably solenoid valve / e, can be opened and closed.
  • the first supply line for supplying the gas thereby according to the measures of claim 13 via a temperature sensor and / or a timer, which is arranged in the room to be heated / are and cooperates with a control device / cooperate operable.
  • the first supply line for supplying the gas has a diameter approximately between 4 to 12 mm, in particular of 8 mm.
  • the second supply line for supplying the air with the room to be heated communicates directly.
  • the second supply line for supplying the air can preferably be passed through a wall of the room to be heated and, in this respect, is in communication with the outside environment of the room to be heated.
  • the second supply line for supplying the air has a diameter approximately between 20 and 40 mm, in particular of 30 mm.
  • the gas-jet burner is associated with an ignition electrode, a piezo-ignition device or the like to the gas / air mixture for operating the device according to the invention in simple and at the same time reliable way to ignite.
  • thermocouple which cooperates with the at least one arranged in the first supply line for supplying the gas valve for opening and closing the first supply line for supplying the gas. That way you can get a very secure device for generating, storing and releasing heat. When the flame of the combustor extinguished namely the supply of gas is automatically closed to the burner and thus the gas supply is interrupted altogether.
  • the thermocouple is assigned according to claim 19 of the ignition electrode or the piezo-ignition device.
  • the exhaust pipe is arranged according to claim 20 in the rear region of the combustion chamber, in particular on the rear side.
  • a device for increasing the negative pressure prevailing therein is preferably arranged in the exhaust air line, which comprises a housing with an opening, via which supply air from the room to be heated in the exhaust duct can be inserted or sucked.
  • Exhaust air duct in the vertical direction about 150 mm to about 350 mm, in particular about 240 mm, is arranged above the plane spanned by the surface of the burner medium level.
  • the exhaust air discharged through the exhaust duct or the exhaust gas has a temperature of about 30 ° C to a maximum of about 50 ° C, without additional cooling measures, for example by means of active water cooling circuit, etc. Heat losses and thus a drop in the Efficiency, as can be observed in conventional devices of this type are thus excluded.
  • the second supply line and the exhaust pipe are end provided with a windbreak or the like.
  • the combustion chamber according to claim 27 via an opening or the like is at least partially accessible from the outside, wherein the opening via a, in particular transparent, closing device or the like window or door is sealingly closed.
  • the opening can be used for maintenance, repair and other inspection work of arranged in the combustion chamber combustion device used.
  • the embodiment of the device 10 according to the invention for generating, storing and releasing heat to a space to be heated (not shown) shown in FIGS. 1 to 4 comprises a combustion chamber 12, which is surrounded and bounded by a shell 14 made of refractory material.
  • the combustion chamber 12 limiting jacket 14 made of refractory material, preferably with heat-storing properties, is formed in the embodiment of the device 10 of FIGS. 1 to 4 of stones from fireclay, concrete, ceramic, clay or soapstone or a combination thereof.
  • the individual stones have a thickness of about 3 cm in order to initially distribute the heat generated in the combustion chamber 12 in the combustion chamber 12 evenly, then to take up and store and finally deliver on the outside thereof to the room to be heated.
  • the shell 14 of individual stones it is also conceivable to form the shell 14, for example, from mortar of fireclay, mixed with water glass, whereby a largely one-piece shell 14 can be obtained.
  • a plate 16 or the like is provided in the region of the bottom of the combustion chamber 12, which substantially extends horizontally.
  • the plate 16 is a type of cover plate, for example a ring-shaped sheet of stainless steel, such as stainless steel.
  • the combustion chamber 12 bounding shell 14 made of refractory material with an outer lining 20 is provided.
  • the outer lining 20 comprises at least partially plates made of stone, in particular natural stone, such as marble, granite or soapstone, or artificial stone, ceramic, refractory glass or metal, in particular cast steel, structural steel, stainless steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof.
  • the outer panel 20 can therefore be adapted individually to the wishes and / or needs of customers.
  • the appearance and external appearance of the device 10 can be made as many as different.
  • the largely visible outer panel 20 is formed from such plates. It is in the present embodiment, the front side 22 and the two side surfaces 24, 26 of the device 10th
  • the outer lining 20 can optionally also be designed to be at least partially heat-insulating.
  • the outer lining 20 is constructed on the rear side 28 of the device 10 of thermal insulation material 30. A heat exchange via the back 28 of the device 10 is thus counteracted.
  • the thermal insulation material 30 is covered with a rear wall 32 of, for example, galvanized sheet metal.
  • the rear wall 32 serves on the one hand the holder of the thermal insulation material 30 and on the other hand the avoidance of mechanical damage of the thermal insulation material 30 by external action.
  • the rear side, the combustion chamber 12 limiting sheath 14 of thermal rubber or the like, for example in the form of plates, may be formed.
  • the outer panel 20 as a whole of plates made of stone, in particular granite, ceramic or metal, preferably cast steel, structural steel, aluminum or an alloy thereof, or a combination thereof, i. without such additional thermal insulation, form.
  • the jacket 14 delimiting the combustion chamber 12 made of refractory material is received and supported by a frame 34.
  • the individual stones of chamotte are inserted into the frame 34, clamped and then sealed with chamotte.
  • the individual plates of the outer panel 20 are previously used and then also held by the frame 34.
  • the device 10 receives a high stiffening.
  • Such a construction brings with it the additional advantage that the device 10 can be transported quite simply overall.
  • the frame frame 34 in this case comprises a base element 36, four side rail elements 38 and a top element 40.
  • the side rail elements 38 are angled, ie rectangular in the illustrated embodiment, configured and each corner connected to the bottom element 36, for example by screwing or welding.
  • the head element 40 is substantially adapted to the base surface of the bottom element 36 and configured circumferentially.
  • the head member 40 is in turn connected to the side rail members 38.
  • retaining plates 42 are respectively welded to the side rail members 38, on which the head element 40 comes to rest and is releasably secured by means of screws 44.
  • the upper outer panel 20 in the form of a cover plate or the like is finally placed on the head member 40 and optionally fixed or secured against displacement. This can be done for example by means of bonding mortar from fireclay.
  • the frame 34 is preferably made of steel, in particular of stainless steel, such as stainless steel, in order to be insensitive to condensation water forming in the combustion chamber 12, for example.
  • the device 10 according to the invention comprises a combustion device 46.
  • the combustion device 46 is designed as a gas radiation burner 48.
  • the gas-jet burner 48 is associated with a burner medium 50 having a homogeneous, permeable or perforated mat structure or the like.
  • the burner medium 50 is formed of ceramic.
  • the burner medium 50 is made of ceramic fibers.
  • the ceramic fibers are preferably coated with silicon carbide and welded together.
  • the burner medium 50 is extremely powerful and forms a stable, self-supporting mat structure. Already seconds after ignition, the complete radiation, i. an infrared radiation, achieved. After switching off the gas jet burner 48, the radiation is terminated. The surface of the burner medium 50 cools down immediately.
  • the gas-jet burner 48 has a housing 52, on the upper side of which the burner medium 50 is arranged, facing the combustion chamber 12.
  • the gas radiation burner 48 can be supplied with gas via a first feed line 54 and a second feed line 56 with air.
  • the first supply line 54 is connected for this purpose, for example, with a gas cylinder, not shown. Likewise, the first supply line 54 communicate with a fixed gas line.
  • the gas used is any kind of gas currently available on the market. In that regard, both natural gas and propane gas, such as natural gas north, natural gas south or propane gas with different pressure, etc., are suitable for operating the device 10 according to the invention.
  • the second lead 56 leads in the illustrated embodiment of the device 10 from the outside through a wall 58 of the room to be heated or the associated building in the device 10 to supply sufficient air and thus oxygen ,
  • the second supply line 56 is guided over the back 28 of the device 10 and opens into a supply air duct 60 a.
  • the second supply line 56 can communicate directly with the space to be heated for supplying the air.
  • the second supply line 56 is a connection between the space 18 located below the combustion chamber 12 and the space to be heated (not shown).
  • the plate 16 extends in the region of the bottom of the combustion chamber 12 substantially horizontally and in a plane spanned by the burner medium 50 or parallel thereto.
  • the plate 16 is provided to form the space 18.
  • the means 62 for automatically adjusting the gas / air ratio of the gas / air mixture to be combusted is based on the principle of a water jet pump.
  • the gas supplied to the gas-jet burner 48 via the first feed line 54 automatically entrains the gas supplied to the gas-jet burner 48 via the second supply line 56, the supply air channel 60 and the space 18.
  • the correspondingly required amount of air is automatically drawn in coordination with the characteristics of the gas-jet burner 48.
  • the gas / air mixture is therefore supplied to the respective required heating power in a corresponding gas / air ratio of the gas radiation burner 48 and burned by this.
  • the gas radiation burner 48 is virtually an injector burner.
  • the gas-jet burner 48 preferably has a lambda value of 1.2, that is, it draws in a mixture of gas and air of approximately 120% in total.
  • the pressure of the gas is in a range of about 10 to 60 mbar. In particular, the gas pressure is 18 mbar for natural gas, 30 mbar for propane gas international or 50 mbar for propane gas EU across Europe, depending on the type of gas used.
  • the combustion chamber 12 is closed relative to the gas / air mixture supplied to the combustion device 46 and to be burned, ie virtually isolated.
  • the combustion device 46 is designed as a gas radiation burner 48.
  • the gas radiation burner 48 is fully premixed. In this way, the flame of the gas radiation burner 48 ideally no, at least only imperceptibly air and thus oxygen from the combustion chamber 12 are supplied. An increase in the flame temperature and the prevailing in the combustion chamber 12 temperature profile is thus excluded.
  • the exhaust air or the exhaust gas can therefore be discharged from the combustion chamber 12 at a substantially lower temperature. At the same time a very uniform heat distribution can be obtained in the combustion chamber 12.
  • a substantially uniform heat profile of about 100 ° C up to 150 ° C in the upper part of the combustion chamber 12 form, while the exhaust gas itself has a temperature of about 30 ° C to a maximum of about 50 ° C.
  • the temperature directly at the surface of the combustion medium is about 900 ° C. Not least because of this, only a very small flow is recorded in the combustion chamber 12, whereby the heat transfer is additionally favored.
  • the efficiency and / or efficiency of the device 10 according to the invention is thus substantially improved over conventional devices.
  • the gas radiation burner 48 is further associated with an ignition electrode 64 for igniting the gas / air mixture.
  • the ignition electrode 64 is connected via a line 66 to a transformer 68, which in turn via a control unit 70 and a (on / off) switch 72 is actuated.
  • Transformer 68 and control unit 70 are also housed in the room 18.
  • the ignition electrode 64 is still associated with a thermocouple 74 or the like sensor, which cooperates with at least one valve 76, in particular a solenoid valve.
  • a valve 76 in particular a solenoid valve.
  • two such valves 76 are in the space 18 provided.
  • the valves 76 are arranged in the first supply line 54 for supplying the gas and serve to open and close the first supply line 54 depending on the respective need for gas.
  • FIG. 9 schematically shows a block diagram together with the transformer 68, the control unit 70 and the on / off switch 72 in order to actuate the ignition electrode 64 and the two valves 76 in a coordinated manner.
  • a temperature sensor 78 or thermostat for determining the current room temperature and / or a timer 80 for setting the heating / rest intervals of the device 10 is integrated into the circuit.
  • the first supply line 54 for supplying gas to the gas-jet burner 48 is initially interrupted by the valves 76.
  • the valves 76 are actuated and the first supply line 54 is released, so that gas can flow into the gas-jet burner 48 via a nozzle 82.
  • the nozzle 82 is integrated in the device 62.
  • By means 62 for automatically adjusting the gas / air ratio of the combustor 46 ruptures the introduced gas via the second supply line 56 supplied or in the space 18 with existing air.
  • the gas / air mixture passes completely pre-mixed into the housing 52, then flows under the burner medium 50 and then through the plurality of openings and passages of the burner medium 50.
  • the gas / air mixture to the combustion chamber 12 is turned on actuation of the (on / off) switch 72 ignited via the ignition electrode 64.
  • the gas / air mixture is burned evenly.
  • the temperature of the combustor 46 is constantly measured by the thermocouple 74.
  • the valves 76 to supply the combustor 46 the required amount of gas via the first supply line 54.
  • the first supply line 54 is therefore shut off promptly by the valves 76.
  • the device 10 comprises an exhaust air line 84.
  • the exhaust air line 84 is in the lower region 86, i. near the bottom element 36, arranged.
  • the exhaust air line 84 is further arranged in the rear region 88 of the combustion chamber 12 and preferably at the rear side 28 thereof.
  • the heat generated by the gas-jet burner 48 is initially jammed in the combustion chamber 12, resulting in a uniform heat distribution.
  • the heat is then released to the shell 14 of the combustion chamber 12 and on this and the outer panel 20 on or in the room to be heated on or initiated.
  • an efficiency of about 97% and a utilization efficiency of about 99%, i. a more than half higher efficiency and / or efficiency than in a conventional tiled stove obtained.
  • the exhaust air line 84 is arranged at a slight distance from the bottom of the combustion chamber 12.
  • the exhaust duct 84 is disposed in the vertical direction at a distance H of about 150 mm to about 350 mm, in particular about 240 mm, above the plane spanned by the surface of the burner medium 50 level.
  • the exhaust air discharged through the exhaust air line 84 or the exhaust gas after heat release only still has a temperature of about 30 ° C to a maximum of about 50 ° C.
  • the combustion of the burner medium 50 is thus not affected by the exhaust air or the exhaust gas.
  • condensation water can be retained in the combustion chamber 12 without this being able to escape through the exhaust air line 84 with the exhaust gas to be discharged.
  • the condensation water thus formed is rather collected below the exhaust duct 84 in a Kondenswassersammelgefäß 90 and pushed out during the next heating process.
  • a valve 91 for draining condensed water may be provided.
  • a device 92 for increasing the negative pressure prevailing in the exhaust air line 84 is additionally arranged in the exhaust air line 84 directly on the rear side 28 of the device 10.
  • the device 92 comprises a housing 94 with an opening 96.
  • the housing 94 is approximately U-shaped in cross-section and provided with two laterally protruding tabs 98, which are attachable to the back of the device 10.
  • the housing 94 is provided with a circular bore 100 which receives the exhaust duct 84, which also has an opening in the region of the housing 94 (not shown).
  • About the opening 96 of the housing 94 is the supply air from the room to be heated in the exhaust duct 84 inserted or sucked.
  • the second supply line 56 and the exhaust air line 84 are end-side, i. outside the wall 58 of the room to be heated, provided with a windbreak 102 or the like.
  • the windbreak 102 may, for example, deflectors (not shown) include, such that in the second supply line 56, the supply air duct 60 and the separated space 18 any flow is excluded. In the room 18 it is thus absolutely windless.
  • the space 18 is insensitive to the external pressure.
  • the space 18 is at atmospheric pressure, i. no wind over or under pressure.
  • the combustion chamber 12 is at least partially accessible from the outside via an opening 104 or the like.
  • an opening 104 is sealingly closable via a, in particular transparent, closing device 106, for example in the form of a window or a door.
  • FIGS. 11 to 13 show another embodiment of a device 10 designed according to the invention.
  • the burner 46 is again designed as a gas flow burner 48.
  • the gas flow burner 48 is assigned a piezo ignition device 108 for igniting the gas / air mixture.
  • the piezo-ignition device 108 is connected via a line 110 to a firing button 112.
  • the gas flow burner 48 is still equipped with a thermocouple 114, which cooperates with a valve 76, in particular a solenoid valve.
  • the valve 76 is arranged in the first supply line 54 for supplying the gas and serves to open and close the first supply line 54 depending on the respective demand for gas.
  • the first supply line 54 for supplying gas to the gas flow burner 48 is first interrupted by the valve 76.
  • regulator 116 which operates the valve 76, the first supply line 54 is released, so that gas can flow into the gas flow burner 48.
  • the thermocouple 114 controls the valve 76 to supply the gas flow burner 48 with the required amount of gas via the first supply line 54.
  • the first supply line 54 is therefore shut off promptly by the valve 76.
  • the arrangement of an exhaust air duct 118 is furthermore different in the embodiment of the device 10 according to FIGS. 11 to 14 to that according to FIGS. 1 to 4.
  • the exhaust air line 84 communicates with the combustion chamber 12 via an upper region 120 of the combustion chamber 12
  • the exhaust port 118 has a length equal to or greater than half the height of the combustion chamber 12.
  • the length of the exhaust port 118 corresponds to about 3/4 to about 9/10 The height of the combustion chamber 12.
  • the exhaust duct 118 is suitably formed by a part of the combustion chamber 12, in particular of the rear side 28 thereof.
  • the exhaust duct 86 is thus configured in cross-section approximately U-shaped and provided with two laterally projecting tabs which are fixed to the jacket 14 made of refractory material.
  • the exhaust duct 118 is also made of stainless steel, in particular stainless steel, to exclude any rust in the combustion chamber 12. During operation of the device 10 according to the invention, it has proved to be particularly advantageous in terms of flow technology that the exhaust air duct 118 has a cross-sectional area which is between approximately 5: 2 to 2: 1 in relation to the cross-sectional area of the exhaust air duct 84.
  • a device 10 according to the invention has proven to be particularly advantageous in a surprisingly simple manner.
  • the device 10 according to the invention may, for example, have the following dimensions and characteristics:
  • the outer dimensions of the device 10 are about 1000 mm ⁇ 740 mm ⁇ 740 mm.
  • the jacket 14 consists of a 34 mm thick refractory material, such as fireclay, and a 10 mm thick outer panel 20.
  • the longitudinal support members 38 of the frame 30 have a thickness of 1.5 mm.
  • the burner 46 is equipped with a burner power of about 1.0 kW to about 3.5 kW, in particular from about 1.5 kW to 2 kW.
  • the first supply line 54 for supplying the gas has a diameter of 8 mm, but may also vary in a range of about 4 to 12 mm.
  • the second supply line 56 for supplying the air has a diameter of 34 mm, but may also vary in a range approximately between 20 and 40 mm.
  • the exhaust pipe 84 has a diameter of 50 mm.
  • the efficiency of the device 10 according to the invention is about 97%, the efficiency (due to the heat storage) about 99%.
  • the temperature in the combustion chamber 12 is about 100 to about 150 ° C via a uniformly distributed heat profile.
  • the temperature of the exhaust gas to be discharged through the exhaust duct 84 is about 30 ° C to 50 ° C, preferably 35 ° C to 40 ° C. CO 2 emissions are around 4.7%.
  • an operation of the combustion device 46 with or at a heating power of between approximately 1.5 kW to approximately 2 kW inclusive has proven to be extremely economical.
  • a heating time of nearly 12 hours heat is released due to the storage of heat by the device 10 according to the invention for a further 6 hours.
  • the apparatus 10 according to the invention is a stagnant heat gas storage furnace which is simple, compact and reliable and, due to a specially designed exhaust system, ensures that the heat remains in the apparatus 10 and not through the chimney. as in a conventional tiled stove, led out.
  • the efficiency and / or efficiency of the device 10 according to the invention is very high.
  • the operating costs of the device 10 according to the invention are low.
  • the device 10 according to the invention because of the small dimensions of the exhaust duct 78, no separate chimney is necessary. Rather, the device 10 can be passed through a wall of the room to be heated, such as suchêtwandtherme outwardly without much effort.
  • the device 10 according to the invention is due to the proposed frame 30 at any time and transportable.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum.
  • Derartige Vorrichtungen, wie zum Beispiel ein herkömmlicher Kachelofen, sind allgemein bekannt. Eine solche Vorrichtung umfasst einen Mantel aus feuerfestem Material, wie zum Beispiel aus Schamotte, der einen Brennraum umgibt und damit begrenzt. In dem Brennraum wird das vorgesehene Heizmedium, beispielsweise Heizöl oder Holz, verbrannt, wodurch Wärme erzeugt wird. Diese Wärme wird von diesen Vorrichtungen sodann, gegebenenfalls nach (kurzzeitiger) Speicherung, an einen zu beheizenden Raum abgegeben. In der FR 2.052.009 ist eine solche mit Gas und Luft versorgbare Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum beschrieben. Darüber hinaus zeigt die DE 43 29 726 C2 einen Kachelgrundofen, der aus Schamottesteinen aufgemauert ist. Der Kachelgrundofen wird mittels eines Gasbrenners befeuert. Zwischen dem Gasbrenner und dem Schornsteinanschluss ist eine Absperrvorrichtung angeordnet. Die Absperrvorrichtung ist durch einen Stellmotor elektronisch derart betätigbar, dass der Durchfluss von Frischluft bei Stillstand des Gasbrenners weitgehend unterbunden ist. In der Wand ist eine Öffnung vorgesehen, die durch eine Anheizklappe verschließbar ist. Die Anheizklappe ist durch einen zweiten Stellmotor öffen- und verschließbar. Des Weiteren geht aus der CH 467 ein Ventilations-Gasheizofen mit feuerfestem Einsatz zur Speicherung von Wärme hervor. Der den Brennraum begrenzende Mantel ist mit einer Außenverkleidung aus Gusseisen versehen und umfasst Platten aus feuerfestem Material zur Wärmespeicherung. Weiterhin ist in der US-PS 2,542,124 eine Heizvorrichtung mit einer Brenneinrichtung zum Verbrennen von flüssigem Kraftstoff, wie Benzin, oder Öl offenbart. Der flüssige Kraftstoff wird der Brenneinrichtung dabei über eine Leitung zugeführt. Diese Leitung ist in einem Rohr mit etwas größerem Durchmesser aufgenommen. Das eine Ende des Rohres mündet in den Brennraum unterhalb der Brenneinrichtung ein. Das andere Ende erstreckt sich bis unterhalb des Bodens der Heizvorrichtung. Die Enden sind jeweils offen, um den Brennraum mit der Atmosphäre zu verbinden. Der FR 1.448.343 ist schließlich eine Brenneinrichtung in Form eines Gasbrenners entnehmbar, dessen Brennraum über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine durchsichtige Tür verschließbar ist.
  • Allerdings haben sich derartige Vorrichtungen in der Praxis sämtlich als verhältnismäßig nachteilig erwiesen. Zum einen besitzen die erzeugten Abgase im Allgemeinen 100 °C und mehr. Damit wiederum verbunden sind große Wärmeverluste. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich bei derartigen Vorrichtungen das zusätzliche Erfordernis, Durchmesser des Kamins bzw. der Abluftleitung von wenigstens 200 mm vorzusehen, wodurch zwangsläufig die Baugröße solcher Vorrichtungen erhöht und deren Einsatzmöglichkeiten bei nur geringem Platzbedarf erheblich vermindert sind. Ebenso sind aktive Maßnahmen zur Abkühlung der Abluft bzw. des Abgases erforderlich. Zum anderen ist der Brennraum gegenüber dem zuzuführenden Brennmaterial nicht abgeschlossen, wodurch die Brenncharakteristika und Temperaturprofile nicht konstant gehalten sind. Nicht zuletzt hieraus resultierend weisen diese Vorrichtungen in aller Regel einen Wirkungsgrad von lediglich etwa 60 % auf. Damit einhergehend werden besonders hohe Kosten beim Betrieb solcher Vorrichtungen verursacht. Schließlich sind derartige Vorrichtungen üblicherweise an Ort und Stelle aus einer Vielzahl von Bauteilen zusammengesetzt und sodann fest installiert. Eine Transportmöglichkeit dieser Vorrichtungen ist daher ausgeschlossen.
  • Darüber hinaus offenbart die EP-A1-0 641 974 als nächstliegenden Stand der Technik eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum, der aus Schamotte gebildet ist, eine in dem Brennraum angeordnete, mit einem Gas-/Luft Gemisch versorgbare Brenneinrichtung und eine Abluftleitung. Entsprechend der GB-A1-823469 ist die Abluftleitung weiterhin im unteren Bereich des Brennraumes angeordnet. Der Gasbrenner nach der US-A1-4,639,213 ist als Gasstrahlungsbrenner mit einem Brennermedium aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur ausgebildet ist. Die Verwendung einer Einrichtung zur automatischen Einstellung des Gas-/Luft ist beispielsweise aus der EP-A1-0 036 364 bekannt. Des Weiteren ist bei der Vorrichtung wiederum nach der GB-A1-823,469 eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte im Bereich des Bodens des Brennraumes zur Bildung eines Raumes vorgesehen, über welchen die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft und die Einrichtung zum Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses kommunizieren. Schließlich ist der Ableitung noch bei der Vorrichtung nach der US-A1-5,479,916 eine Einrichtung zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes zugeordnet.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum zur Verfügung zu stellen, mit welcher sich die obigen Nachteile verhindern lassen, welche mithin einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad bei gleichzeitig sehr geringen Betriebskosten aufweist, welche die Temperatur des Abgases weitestmöglich absenkt, wodurch sich große Wärmeverluste vermeiden, damit einhergehend der Durchmesser der Abluftleitung wesentlich verringern und sich somit die Einsatzmöglichkeiten wesentlich verbessern lassen, sowie welche konstruktiv besonders einfach, kompakt, stabil und zugleich transportfähig ist.
  • Diese Aufgabe wird auf überraschend einfache Weise durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Demnach lässt sich durch die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum mit den Merkmalen des Anspruchs 1 eine Vorrichtung erreichen, die einen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad besitzt und damit einhergehend ausgesprochen geringe Betriebskosten nach sich zieht. Zugleich lassen sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Temperaturen des Abgases um etwa die Hälfte der Temperatur herkömmlicher Vorrichtungen absenken. Dadurch, dass der Brennraum gegenüber dem der Brenneinrichtung zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen bzw. quasi isoliert ist, ist in dem Brennraum jegliche zusätzliche Verbrennung ausgeschlossen. Damit sind zugleich eine Erhöhung der Flammentemperatur und ein verschlechterter Wirkungsgrad infolge eines wesentlich erhöhten Temperaturprofils der Abluft bzw. des Abgases sicher vermieden. Von besonders großer Bedeutung für eine einfache, zudem ausgesprochen variable Handhabung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die technischen Merkmale, wonach die Brenneinrichtung mit einer Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches versehen ist. Ganz bevorzugt umfasst die Brenneinrichtung zudem einen vollvorgemischten Gasstrahlungsbrenner, dem ein Brennermedium mit einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet ist. Der Gasstrahlungsbrenner, der als Injektorbrenner wirkt, und das Brennermedium, das in Form einer Matte bzw. Platte aus Keramik infrarot strahlt bzw. glüht, führen zu einer ausgesprochen leistungsfähigen Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung insgesamt. So ist infolge der großen Fläche des Brennermediums ein großflächig verteilter Wärmeübergang möglich. Nicht zuletzt hieraus resultierend ergibt sich ein außerordentlich kostengünstiger Betrieb der Vorrichtung. Damit einhergehend können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung große Wärmeverluste und große Durchmesser des zugehörigen Kamins oder der entsprechenden Abluftleitung vermieden werden. Allein aufgrund letzteren Vorteils ergeben sich verbesserte und vielfältige Möglichkeiten bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Demnach kann ein gesonderter Kaminanschluss vollständig vermieden werden. Schließlich besitzt die Vorrichtung nach der Erfindung eine ausgesprochen einfache, kompakte sowie stabile Bauweise und gestattet zudem deren Transport von einem zu anderem Ort. Insoweit ist es grundsätzlich möglich, die Vorrichtung ohne großen Aufwand von einem Ort zu einem anderen umzuziehen und dann wieder in Betrieb zu nehmen.
  • Weitere vorteilhafte Einzelheiten der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 27 beschrieben.
  • Des weiteren liegt es im Rahmen der Erfindung, dass der Gasstrahlungsbrenner nach Anspruch 2 ein Gehäuse aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium dem Brennraum zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches einmündet.
  • Nach den Merkmalen des Anspruchs 3 ist das Brennermedium aus Keramik ausgebildet. Bevorzugt ist das Brennermedium aus Keramikfasern ausgebildet, die insbesondere mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind. Das Brennermedium ist leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die volle Strahlung erreicht. Nach dem Ausschalten der Brenneinrichtung ist die Strahlung beendet. Deren Oberfläche erkaltet sofort. Auf diese Weise werden ein langes Vorglühen vor der Zündung und die Erzeugung einer Nachwärme vermieden. Eine genaue und optimale Steuerung ist gewährleistet. Zudem ergibt sich durch die homogene Mattenstruktur eine gleichmäßige und zugleich kostengünstige Strahlung. Schließlich weist eine solche Mattenstruktur eine sehr hohe Lebensdauer auf.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material nach Anspruch 4 zusätzlich mit einer Außenverkleidung versehen sein.
  • In diesem Zusammenhang sind die technischen Merkmale der Ansprüche 5 bis 8 von ausgesprochen großem Interesse, dass nämlich die weitgehend sichtbare Außenverkleidung wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist/sind. Gegebenenfalls ist/sind der rückseitige, den Brennraum begrenzende Mantel und/oder die rückseitige Außenverkleidung wärmeisolierend ausgestaltet, d.h. besteht/bestehen aus Wärmedämmmaterial, wie aus Platten aus Thermoschamotte.
  • Dadurch, dass der den Brennraum begrenzende Mantel aus feuerfestem Material entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 9 von einem Rahmengestell aufgenommen und abgestützt ist, lässt sich eine besonders einfache, kompakte und stabile Bauweise erreichen, die zudem nach erfolgtem Aufbau ohne großen Aufwand einen Abbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Transport und einen anschließenden Aufbau der Vorrichtung an anderer Stelle ermöglicht.
  • Dabei liegt es zweckmäßigerweise im Rahmen der Erfindung, dass das Rahmengestell nach Anspruch 10 ein Bodenelement, eckseitig mit dem Bodenelement verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente und ein mit den Längsträgerelementen verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes angepasstes und umlaufendes Kopfelement umfasst.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung ist des Weiteren erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Rahmengestell entsprechend den technischen Merkmalen des Anspruchs 11 aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist. Auf diese Weise ist das Rahmengestell und damit einhergehend die gesamte erfindungsgemäße Vorrichtung ausgesprochen widerstandsfähig und beispielsweise gegen sich in dem Brennraum ausbildendem Kondenswasser unempfindlich.
  • In zweckmäßiger Weise ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases nach Anspruch 12 über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e, vorzugsweise Magnetventil/e, öffen- und schließbar.
  • Zur genauen Einstellung der Temperatur in dem zu beheizenden Raum einerseits und/oder des Heizzyklus andererseits ist die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases dabei entsprechend den Maßnahmen des Anspruchs 13 über einen Temperatursensor und/oder eine Zeitschaltuhr, der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind und mit einer Steuereinrichtung zusammenwirkt/zusammenwirken, betätigbar.
  • In der Praxis hat es sich entsprechend Anspruch 14 als vorteilhaft erwiesen, dass die erste Zuleitung zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.
  • Nach Anspruch 15 kommuniziert die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum unmittelbar. Alternativ ist es aber in rein konstruktiver Hinsicht ebenso ohne Weiteres denkbar, dass die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft vorzugsweise durch eine Wand des zu beheizenden Raumes hindurchführbar und insoweit mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes in Verbindung steht.
  • Entsprechend Anspruch 16 weist die zweite Zuleitung zur Zuführung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, auf.
  • Zur Vereinfachung der Handhabung der Vorrichtung nach der Erfindung dienen weiterhin die Merkmale des Anspruchs 17. Demnach ist dem Gasstrahlungsbrenner eine Zündelektrode, eine Piezo-Zündeinrichtung oder dergleichen zugeordnet, um das Gas-/Luft-Gemisch zum Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung auf einfache und zugleich zuverlässige Weise zu entzünden.
  • Darüber hinaus liegt es im Rahmen der Erfindung, dem Gasstrahlungsbrenner entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 18 ein Thermoelement zuzuordnen, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung zur Zuführung des Gases zusammenwirkt. Auf diese Weise lässt sich eine ausgesprochen sichere Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme erhalten. Bei Erlöschen der Flamme der Brenneinrichtung nämlich wird automatisch die Zuleitung des Gases zur Brenneinrichtung geschlossen und damit die Gasversorgung insgesamt unterbrochen. Das Thermoelement ist nach Anspruch 19 der Zündelektrode oder der Piezo-Zündeinrichtung zugeordnet.
  • In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Abluftleitung nach Anspruch 20 im rückseitigen Bereich des Brennraumes, insbesondere an dessen Rückseite, angeordnet.
  • Aufgrund der konstruktiven Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung insgesamt ist es zwar nicht unbedingt erforderlich, dass der Abluftleitung nach Anspruch 21 eine Einrichtung zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist. Eine solche Einrichtung aber führt zu einer weitergehenden Verbesserung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Entsprechend Anspruch 22 ist in der Abluftleitung vorzugsweise eine Einrichtung zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes angeordnet ist, die ein Gehäuse mit einer Öffnung umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung einführbar bzw. einsaugbar ist.
  • Durch die Maßnahmen des Anspruchs 23, die Abluftleitung in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes anzuordnen, ist sichergestellt, dass beispielsweise aufgrund ganz bestimmter Betriebsbedingungen gebildetes Kondenswasser nicht in die Abluftleitung austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr am Boden des Abluftkanals bzw. des Brennraumes gesammelt und bis zur nächsten Inbetriebnahme der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufgelöst.
  • Von ganz besonderem Interesse für einen ausgesprochen hohen Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Merkmale des Anspruchs 24, wonach die Abluftleitung in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums aufgespannten Ebene angeordnet ist. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung abgeführte Abluft bzw. das Abgas eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist, und zwar ohne zusätzliche Kühlmaßnahmen, beispielsweise mittels aktivem Wasserkühlkreislauf etc. Wärmeverluste und damit ein Abfall des Wirkungsgrades, wie dies bei herkömmlichen Vorrichtungen dieser Art zu beobachten ist, sind somit ausgeschlossen.
  • Von besonderer Bedeutung sind weiterhin die Merkmale des Anspruchs 25, wonach die Abluftleitung mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert. Nicht zuletzt aufgrund der gesamten Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemä-ßen Vorrichtung, die kleinste Abmessungen der Abluftleitung ermöglicht, ist kein gesonderter Kamin erforderlich oder sind sonstige baulichen Vorkehrungen zum Anschluss der Abluftleitung an einen solchen zu treffen.
  • Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 26 sind die zweite Zuleitung und die Abluftleitung endseitig mit einem Windschutz oder dergleichen versehen.
  • Schließlich liegt es noch im Rahmen der Erfindung, dass der Brennraum nach Anspruch 27 über eine Öffnung oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist. Die Öffnung kann dabei zu Wartungs-, Reparatur- und sonstigen Revisionsarbeiten der in dem Brennraum angeordneten Brenneinrichtung zum Einsatz gelangen.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung sowie anhand der Zeichnungen.
  • Hierbei zeigen:
    • Fig. 1
    eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
    Fig. 2
    eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie II-II in Fig. 1, ohne eine erfindungsgemäß ausgebildete Platte,
    Fig. 3
    eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie III in Fig. 1, mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Platte,
    Fig. 4
    eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil IV in Fig. 2,
    Fig. 5
    eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rahmengestells der Vorrichtung nach den Fig. 1 bis 4,
    Fig. 6
    eine Draufsicht auf die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rahmengestells gemäß Fig. 5,
    Fig. 7
    eine teilweise abgebrochene Querschnittsansicht durch die Ausführungsform des Rahmengestells gemäß Linie VII-VII in Fig. 6, in vergrößerter Darstellung,
    Fig. 8A bis 8D
    eine Seitenansicht, eine Draufsicht, eine Unteransicht und eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Brenneinrichtung entsprechend den Fig. 1 bis 7, in vergrößerter Darstellung,
    Fig. 9
    ein schematisches Blockschaltbild einer Einrichtung zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
    Fig. 10A und 10B
    eine Draufsicht und eine Abwicklung einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erhöhung des in der Abluftleitung herrschenden Unterdruckes,
    Fig. 11
    eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung,
    Fig. 12
    eine Querschnittsansicht durch die Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Linie XII-XII in Fig. 11, und
    Fig. 13
    eine Vorderansicht der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Pfeil XIII in Fig. 12.
  • Bei der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen erfindungsgemäßer Vorrichtungen 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum sind einander entsprechende, gleiche Bauteile jeweils mit identischen Bezugsziffern versehen.
  • Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum (nicht dargestellt) umfasst einen Brennraum 12, der von einem Mantel 14 aus feuerfestem Material umgeben und begrenzt ist. Der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material, bevorzugt mit wärmespeichernden Eigenschaften, ist bei dem Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 nach den Fig. 1 bis 4 aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein bzw. einer Kombination hieraus gebildet. Die einzelnen Steine weisen eine Dicke von etwa 3 cm auf, um die in dem Brennraum 12 erzeugte Wärme in dem Brennraum 12 zunächst gleichmäßig zu verteilen, sodann aufzunehmen und zu speichern und schließlich über deren Außenseite an den zu beheizenden Raum abzugeben.
  • Anstelle der Bauweise des Mantels 14 aus einzelnen Steinen ist es jedoch ebenso denkbar, den Mantel 14 zum Beispiel aus Mörtel aus Schamotte, gemischt mit Wasserglas, auszubilden, wodurch sich ein weitgehend einteiliger Mantel 14 erhalten lässt.
  • Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 ist im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 eine Platte 16 oder dergleichen vorgesehen, die sich im Wesentlichen horizontal erstreckt. Bei der Platte 16 handelt es sich um eine Art Abdeckplatte, beispielsweise um ein ringförmiges Blech aus nicht-rostendem Stahl, wie aus Nirosta. Die Platte 16, welche nachfolgend noch näher beschrieben wird, trennt den eigentlichen Brennraum 12 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 von einem darunterliegenden Raum 18 ab.
  • Des Weiteren ist der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung 20 versehen. Die Außenverkleidung 20 umfasst wenigstens teilweise Platten aus Stein, insbesondere Naturstein, wie Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Edelstahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus. Die Außenverkleidung 20 kann mithin individuell an Wünsche und/oder Bedürfnisse von Kunden angepasst werden. Somit lässt sich das Aussehen und äußere Erscheinungsbild der Vorrichtung 10 ebenso vielfach wie unterschiedlich gestalten.
  • In bevorzugter Weise ist die weitgehend sichtbare Außenverkleidung 20 aus solchen Platten ausgebildet. Es handelt sich bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel um die Vorderseite 22 und die beiden Seitenflächen 24, 26 der Vorrichtung 10.
  • Wie insbesondere aus der Fig. 2 entnehmbar ist, kann die Außenverkleidung 20 optional zudem wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet sein. Insbesondere ist die Außenverkleidung 20 bei dem in der Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 aus Wärmedämmmaterial 30 aufgebaut. Einem Wärmeaustausch über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 ist damit entgegengewirkt. Das Wärmedämmmaterial 30 ist mit einer Rückwand 32 aus zum Beispiel verzinktem Blech abgedeckt. Die Rückwand 32 dient einerseits der Halterung des Wärmedämmmaterials 30 und andererseits der Vermeidung von mechanischen Beschädigungen des Wärmedämmmaterials 30 durch äußere Einwirkung.
  • Alternativ dazu kann auch der rückseitige, den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus Thermoschamotte oder dergleichen, beispielsweise in Form von Platten, ausgebildet sein.
  • Ohne im Einzelnen dargestellt zu sein, ist es jedoch ebenso denkbar, die Außenverkleidung 20 insgesamt aus Platten aus Stein, insbesondere Granit, Keramik oder Metall, vorzugsweise Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus, d.h. ohne eine solche zusätzliche Wärmeisolierung, auszubilden.
  • Entsprechend den Fig. 5 bis 7 ist der den Brennraum 12 begrenzende Mantel 14 aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell 34 aufgenommen und abgestützt. So sind die einzelnen Steine aus Schamotte in das Rahmengestell 34 eingesetzt, geklammert und anschließend mit Schamotte abgedichtet. Die einzelnen Platten der Außenverkleidung 20 sind zuvor eingesetzt und anschließend ebenfalls von dem Rahmengestell 34 gehalten.
  • Durch das Rahmengestell 34 erhält die Vorrichtung 10 nach der Erfindung eine hohe Aussteifung. Eine solche Bauweise bringt den zusätzlichen Vorteil mit sich, dass die Vorrichtung 10 insgesamt ausgesprochen einfach transportiert werden kann.
  • Das Rahmengestell 34 umfasst dabei ein Bodenelement 36, vier Längsträgerelemente 38 und ein Kopfelement 40. Die Längsträgerelemente 38 sind winkelförmig, d.h. bei der dargestellten Ausführungsform rechtwinkelförmig, ausgestaltet und jeweils eckseitig mit dem Bodenelement 36, beispielsweise durch Verschraubung oder Verschweißung, verbunden. Das Kopfelement 40 ist im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes 36 angepasst und umlaufend ausgestaltet. Das Kopfelement 40 ist wiederum mit den Längsträgerelementen 38 verbunden. Wie in der Fig. 7 gezeigt ist, sind zu diesem Zweck Haltebleche 42 jeweils an den Längsträgerelementen 38 angeschweißt, auf welchen das Kopfelement 40 zur Anlage kommt und mittels Schrauben 44 lösbar gesichert ist. Die obere Außenverkleidung 20 in Form einer Abdeckplatte oder dergleichen ist schließlich auf das Kopfelement 40 aufgelegt und gegebenenfalls fixiert bzw. gegen Verschiebung gesichert. Dies kann beispielsweise mittels Verklebung durch Mörtel aus Schamotte etc. erfolgen.
  • Das Rahmengestell 34 ist vorzugsweise aus Stahl, insbesondere aus nicht-rostendem Stahl, wie aus Nirosta, gebildet, um gegen sich in dem Brennraum 12 ausbildendes Kondenswasser etc. unempfindlich zu sein.
  • Des Weiteren umfasst die Vorrichtung 10 nach der Erfindung, wie in den Fig. 1 bis 4 gezeigt ist, eine Brenneinrichtung 46.
    Bei dieser Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgebildet.
  • Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist ein Brennermedium 50 mit einer homogenen, permeablen bzw. perforierten Mattenstruktur oder dergleichen zugeordnet. Das Brennermedium 50 ist aus Keramik ausgebildet. In bevorzugter Weise ist das Brennermedium 50 aus Keramikfasern ausgestaltet. Die Keramikfasern sind vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt. Das Brennermedium 50 ist ausgesprochen leistungsfähig und bildet eine stabile, selbstragende Mattenstruktur. Bereits Sekunden nach der Zündung ist die vollständige Strahlung, d.h. eine Infrarot-Strahlung, erreicht. Nach dem Ausschalten des, Gasstrahlungsbrenners 48 ist die Strahlung beendet. Die Oberfläche des Brennermediums 50 erkaltet sofort.
  • Wie deutlich aus den Fig. 8A bis 8D hervorgeht, weist der Gasstrahlungsbrenner 48 ein Gehäuse 52 auf, an dessen Oberseite das Brennermedium 50 angeordnet ist, und zwar dem Brennraum 12 zugewandt.
  • Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist über eine erste Zuleitung 54 mit Gas und eine zweite Zuleitung 56 mit Luft versorgbar.
  • Die erste Zuleitung 54 ist zu diesem Zweck beispielsweise mit einer nicht dargestellten Gasflasche verbunden. Ebenso kann die erste Zuleitung 54 mit einer fest installierten Gasleitung kommunizieren. Als Gas lässt sich jede derzeit auf dem Markt erhältliche Gassorte verwenden. Insoweit sind gleichermaßen Erdgas und Propangas, wie zum Beispiel Erdgas Nord, Erdgas Süd oder Propangas mit unterschiedlichem Druck etc., zum Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 geeignet.
  • Wie aus den Fig. 1 bis 4 hervorgeht, führt die zweite Zuleitung 56 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 10 von der Außenseite durch eine Wand 58 des zu beheizenden Raumes bzw. des zugehörigen Gebäudes in die Vorrichtung 10, um ausreichend Luft und damit Sauerstoff zuzuführen. Bei der dargestellten Ausführungsform ist die zweite Zuleitung 56 über die Rückseite 28 der Vorrichtung 10 geführt und mündet in einen Zuluftkanal 60 ein. Ebenso ist es jedoch auch denkbar, die zweite Zuleitung 56 unmittelbar aus dem Bodenelement 36 ausmünden zu lassen (nicht dargestellt).
  • In alternativer Ausgestaltung dazu kann die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum direkt kommunizieren. In diesem Fall stellt die zweite Zuleitung 56 eine Verbindung zwischen dem unter dem Brennraum 12 liegenden Raum 18 und dem zu beheizenden Raum dar (nicht gezeigt).
  • Entsprechend der Fig. 1 erstreckt sich die Platte 16 im Bereich des Bodens des Brennraumes 12 im Wesentlichen horizontal und in einer von dem Brennermedium 50 aufgespannten oder dazu parallelen Ebene. Die Platte 16 ist zur Bildung des Raumes 18 vorgesehen ist. Der Raum 18, in welchem zugleich die erste Zuleitung 54 für das Gas untergebracht ist, kommuniziert einerseits unter Zwischenordnung mit dem Zuluftkanal 60 mit der zweiten Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft und andererseits mit einer Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses. Die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches in Abhängigkeit der zu erzeugenden Wärme mündet dabei in das Gehäuse 52 des Gasstrahlungsbrenners 48 ein.
  • Insbesondere basiert die Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Insoweit reißt das dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die erste Zuleitung 54 zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner 48 über die zweite Zuleitung 56, den Zuluftkanal 60 und den Raum 18 zugeführte Luft automatisch mit. Bei Erhöhung oder Verringerung der Gaszufuhr wird daher automatisch die entsprechend benötigte Menge an Luft in Abstimmung mit den Charakteristiken des Gasstrahlungsbrenners 48 angesaugt. Das Gas-/Luftgemisch wird daher für die jeweils benötigte Heizleistung in entsprechendem Gas-/Luftverhältnis dem Gasstrahlungsbrenner 48 zugeführt und von diesem verbrannt. Zur Steigerung der gewünschten Heizleistung wird mehr Gas über die erste Zuleitung 54 zugeführt, das automatisch mehr Luft über die zweite Zuleitung 56 ansaugt, und umgekehrt. Auf diese Weise lässt sich eine ideale Verbrennung erhalten. Bei dem Gasstrahlungsbrenner 48 handelt es sich quasi um einen Injektorbrenner. Der Gasstrahlungsbrenner 48 besitzt dabei vorzugsweise einen Lambda-Wert von 1,2, saugt also ein Gemisch aus Gas und Luft von insgesamt etwa 120 % an. Der Druck des Gases liegt in einem Bereich von etwa 10 bis 60 mbar. Insbesondere beträgt der Gasdruck 18 mbar für Erdgas, 30 mbar für Propangas international oder 50 mbar für Propangase EU europaweit, je nach Sorte des verwendeten Gases.
  • Der Brennraum 12 ist gegenüber dem der Brenneinrichtung 46 zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen, d.h. quasi isoliert. Zugleich ist die Brenneinrichtung 46 als Gasstrahlungsbrenner 48 ausgestaltet. Der Gasstrahlungsbrenner 48 ist dabei vollvorgemischt. Auf diese Weise kann der Flamme des Gasstrahlungsbrenners 48 idealerweise keine, zumindest nur unmerklich Luft und damit Sauerstoff aus dem Brennraum 12 zugeführt werden. Eine Erhöhung der Flammentemperatur und des in dem Brennraum 12 vorherrschenden Temperaturprofils ist somit ausgeschlossen. Die Abluft bzw. das Abgas kann daher mit einer wesentlich niedrigeren Temperatur aus dem Brennraum 12 ausgebracht werden. Zugleich lässt sich in dem Brennraum 12 insgesamt eine ausgesprochen gleichmäßige Wärmeverteilung erhalten. So kann sich beim Betrieb der Vorrichtung 10 ein weitgehend gleichmäßiges Wärmeprofil von etwa 100 °C bis zu 150 °C in dem oberen Teil des Brennraumes 12 ausbilden, während das Abgas selbst eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C aufweist. Die Temperatur direkt an der Oberfläche des Brennmediums beträgt etwa 900 °C. Nicht zuletzt aufgrund dessen ist in dem Brennraum 12 eine nur sehr geringe Strömung zu verzeichnen, wodurch die Wärmeübertragung noch zusätzlich begünstigt ist. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist folglich gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen wesentlich verbessert.
  • Dem Gasstrahlungsbrenner 48 ist weiterhin eine Zündelektrode 64 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Zündelektrode 64 ist über eine Leitung 66 mit einem Transformator 68 verbunden, der wiederum über eine Steuereinheit 70 und einen (Ein/Aus-)Schalter 72 betätigbar ist. Transformator 68 und Steuereinheit 70 sind ebenfalls in dem Raum 18 untergebracht.
  • Schließlich ist der Zündelektrode 64 noch ein Thermoelement 74 oder dergleichen Sensor zugeordnet, das mit wenigstens einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausführungsform der Vorrichtung 10 sind zwei solcher Ventile 76 in dem Raum 18 vorgesehen. Die Ventile 76 sind in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dienen zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
  • In der Fig. 9 ist schematisch ein Blockschaltbild zusammen mit dem Transformator 68, der Steuereinheit 70 und dem (Ein/Aus-) Schalter 72 gezeigt, um die Zündelektrode 64 und die beiden Ventile 76 aufeinander abgestimmt zu betätigen. Zusätzlich ist in den Schaltkreis noch ein Temperatursensor 78 oder Thermostat zur Ermittlung der aktuellen Raumtemperatur und/oder eine Zeitschaltuhr 80 zur Einstellung der Heiz/Ruheintervalle der Vorrichtung 10 integriert.
  • Die Betriebsweise des erfindungsgemäßen Gasstrahlungsbrenner 48 wird im Folgenden kurz beschrieben:
  • Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasstrahlungsbrenner 48 ist durch die Ventile 76 zunächst unterbrochen. Mittels (Ein/Aus-)Schalter 72 werden die Ventile 76 betätigt und die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasstrahlungsbrenner 48 über eine Düse 82 einströmen kann. Die Düse 82 ist in der Einrichtung 62 integriert. Mittels Einrichtung 62 zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses der Brenneinrichtung 46 reißt das eingeführte Gas über die zweite Zuleitung 56 zugeführte bzw. im Raum 18 vorhandene Luft mit. Das Gas-/Luftgemisch gelangt vollständig vorgemischt in das Gehäuse 52, strömt sodann unter das Brennermedium 50 und anschließend durch die Vielzahl von Öffnungen und Durchlässen des Brennermediums 50. An der Oberseite des Brennermediums 50 wird das Gas-/Luftgemisch dem Brennraum 12 zugewandt bei Betätigung des (Ein/Aus-)Schalters 72 über die Zündelektrode 64 entzündet. Das Gas-/Luftgemisch wird gleichmäßig verbrannt. Die Temperatur der Brenneinrichtung 46 wird von dem Thermoelement 74 ständig gemessen. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 74 sodann die Ventile 76, um der Brenneinrichtung 46 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch die Ventile 76 abgesperrt.
  • Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 eine Abluftleitung 84. Wie insbesondere aus den Fig. 1 und 4 hervorgeht, ist die Abluftleitung 84 im unteren Bereich 86, d.h. nahe dem Bodenelement 36, angeordnet. Die Abluftleitung 84 ist weiterhin im rückseitigen Bereich 88 des Brennraumes 12 und bevorzugt an dessen Rückseite 28 angeordnet. Die durch den Gasstrahlungsbrenner 48 erzeugte Wärme wird zunächst im Brennraum 12 gestaut, wodurch sich eine gleichmäßige Wärmeverteilung ergibt. Die Wärme wird sodann an den Mantel 14 des Brennraumes 12 abgegeben und über diesen und die Außenverkleidung 20 an bzw. in den zu beheizenden Raum weiter- bzw. eingeleitet. Somit wird allenfalls ein nur mehr sehr geringer Anteil an Restwärme über die Abluftleitung 84 nach außen abgeführt bzw. ausgeleitet. Nicht zuletzt aufgrund dessen lässt sich mit der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ein Wirkungsgrad von etwa 97 % und ein Nutzwirkungsgrad von ungefähr 99 %, d.h. einen um mehr als die Hälfte höherer Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad als bei einem herkömmlichen Kachelofen, erhalten.
  • Zugleich ist gewährleistet, dass die durch die Abluftleitung 84 auszuleitenden Abgase eine Temperatur von etwa 30°C bis maximal etwa 50 °C, d.h. eine etwa um die Hälfte geringere Temperatur als ein herkömmlicher Kachelofen, besitzen. Zugleich ist eine solche Temperatur noch ausreichend hoch, um die Entstehung von Kondenswasser in der Abluftleitung 84 zuverlässig zu unterbinden.
  • Entsprechend den Fig. 1 und 4 ist die Abluftleitung 84 in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes 12 angeordnet. In der Praxis hat sich in diesem Zusammenhang als besonders vorteilhaft herausgestellt, dass die Abluftleitung 84 in vertikaler Richtung in einem Abstand H von etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums 50 aufgespannten Ebene angeordnet ist.
  • Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die durch die Abluftleitung 84 abgeführte Abluft bzw. das Abgas nach Wärmeabgabe nurmehr noch eine Temperatur von etwa 30 °C bis maximal ungefähr 50 °C besitzt. Zudem wird die Verbrennung an dem Brennermedium 50 somit durch die Abluft bzw. das Abgas nicht beeinflusst.
  • Zugleich kann sich unter Umständen im Brennraum 12 unvorhergesehenermaßen ausbildendes Kondenswasser zurückgehalten werden, ohne dass dieses mit dem auszuleitenden Abgas durch die Abluftleitung 84 austreten kann. Das so gebildete Kondenswasser wird vielmehr unterhalb der Abluftleitung 84 in einem Kondenswassersammelgefäß 90 gesammelt und beim nächsten Heizvorgang herausgedrückt. Alternativ dazu kann, wie bei der Ausführungsform der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten Vorrichtung 10, ein Ventil 91 zum Entleeren von Kondenswasser vorgesehen sein.
  • Wie in den Fig. 1 bis 3 ersichtlich ist, ist in der Abluftleitung 84 unmittelbar an der Rückseite 28 der Vorrichtung 10 weiterhin eine Einrichtung 92 zur Erhöhung des in der Abluftleitung 84 herrschenden Unterdruckes angeordnet. Entsprechend den Fig. 10A und 10B umfasst die Einrichtung 92 ein Gehäuse 94 mit einer Öffnung 96. Das Gehäuse 94 ist im Querschnitt etwa U-förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen 98 versehen, die rückseitig an der Vorrichtung 10 anbringbar sind. Zusätzlich ist das Gehäuse 94 mit einer kreisförmigen Bohrung 100 versehen, welche die Abluftleitung 84, die in dem Bereich des Gehäuses 94 ebenfalls eine Öffnung aufweist (nicht dargestellt), aufnimmt. Über die Öffnung 96 des Gehäuses 94 ist die Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung 84 einführbar bzw. einsaugbar.
  • Schließlich sind die zweite Zuleitung 56 und die Abluftleitung 84 endseitig, d.h. außerhalb der Wand 58 des zu beheizenden Raumes, mit einem Windschutz 102 oder dergleichen versehen. Der Windschutz 102 kann beispielsweise Umlenkbleche (nicht gezeigt) umfassen, derart, dass in der zweiten Zuleitung 56, dem Zuluftkanal 60 und dem abgetrennten Raum 18 jegliche Strömung ausgeschlossen ist. In dem Raum 18 ist es somit absolut windstill. Der Raum 18 ist gegenüber dem Außendruck unempfindlich. In den Raum 18 herrscht atmosphärischer Druck, d.h. kein Windüber- bzw. -unterdruck.
  • Entsprechend den Fig. 1 und 4 ist der Brennraum 12 über eine Öffnung 104 oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich. Insbesondere zu Wartungs-, Reparatur- oder Revisionszwecken kann ein Zugang zum Brennraum 12 bzw. dem in dem Brennraum 12 angeordneten Gasstrahlungsbrenner 48 erforderlich sein. Die Öffnung 104 ist dabei über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung 106, beispielsweise in Form eines Fensters bzw. einer Tür, abdichtend verschließbar.
  • In den Fig. 11 bis 13 ist eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäß ausgebildeten Vorrichtung 10 dargestellt.
  • Zwar ist die Brenneinrichtung 46 wiederum als Gasströmungsbrenner 48 ausgebildet. Dem Gasströmungsbrenner 48 ist allerdings anstelle einer Zündelektrode 64 eine Piezo-Zündeinrichtung 108 zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet. Die Piezo-Zündeinrichtung 108 ist über eine Leitung 110 mit einem Zündknopf 112 verbunden.
  • Des Weiteren ist der Gasströmungsbrenner 48 noch mit einem Thermoelement 114 ausgestattet, das mit einem Ventil 76, insbesondere einem Magnetventil, zusammenwirkt. Das Ventil 76 ist in der ersten Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases angeordnet und dient zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung 54 in Abhängigkeit des jeweiligen Bedarfs an Gas.
  • Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung von Gas zum Gasströmungsbrenner 48 ist durch das Ventil 76 zunächst unterbrochen. Mittels Regler 116, welcher das Ventil 76 betätigt, wird die erste Zuleitung 54 freigegeben, so dass Gas in den Gasströmungsbrenner 48 einströmen kann. In Abhängigkeit der gemessenen Temperatur steuert bzw. regelt das Thermoelement 114 sodann das Ventil 76, um dem Gasströmungsbrenner 48 die erforderliche Menge an Gas über die erste Zuleitung 54 zuzuführen. Bei Erlöschen der Flamme wird die erste Zuleitung 54 daher zeitnah durch das Ventil 76 abgesperrt.
  • Unterschiedlich bei der Ausführungsform der Vorrichtung 10 gemäß den Fig. 11 bis 14 zu derjenigen nach den Fig. 1 bis 4 ist darüber hinaus die Anordnung eines Abluftkanals 118. Dabei kommuniziert die Abluftleitung 84 mit dem Brennraum 12 über eine im oberen Bereich 120 des Brennraumes 12 angeordnete Öffnung 122 des sich in dem Brennraum 12 erstreckenden Abluftkanals 118. Der Abluftkanal 118 weist eine Länge auf, die gleich oder größer ist als die halbe Höhe des Brennraumes 12. Vorzugsweise entspricht die Länge des Abluftkanals 118 etwa 3/4 bis ungefähr 9/10 der Höhe des Brennraumes 12. Der Abluftkanal 118 ist zweckmäßigerweise durch einen Teil des Brennraumes 12, insbesondere von dessen Rückseite 28, gebildet. Der Abluftkanal 86 ist mithin im Querschnitt etwa U-förmig ausgestaltet und mit zwei seitlich abstehenden Laschen versehen, welche an dem Mantel 14 aus feuerfestem Material befestigt sind. Der Abluftkanal 118 besteht ebenfalls aus nicht-rostendem Stahl, insbesondere aus Nirosta, um jegliche Rostbildung im Brennraum 12 auszuschließen. Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 hat sich in strömungstechnischer Hinsicht als besonders vorteilhaft erwiesen, dass der Abluftkanal 118 eine Querschnittsfläche aufweist, die im Verhältnis zur Querschnittsfläche der Abluftleitung 84 zwischen etwa 5:2 bis 2:1 liegt.
    • Beispiel
  • In der Praxis hat sich eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 auf überraschend einfache Weise als besonders vorteilhaft erwiesen. Die Vorrichtung 10 nach der Erfindung kann beispielsweise folgende Abmessungen und Charakteristika aufweisen:
  • Die Außenabmessungen der Vorrichtung 10 betragen etwa 1000 mm x 740 mm x 740 mm. Der Mantel 14 besteht aus einem 34 mm dikken feuerfesten Material, beispielsweise aus Schamotte, und einer 10 mm dicken Außenverkleidung 20. Die Längsträgerelemente 38 des Rahmengestells 30 besitzen eine Dicke von 1,5 mm. Die Brenneinrichtung 46 ist mit einer Brennerleistung von etwa 1,0 kW bis ungefähr 3,5 kW, insbesondere von etwa 1,5 kW bis 2 kW, ausgestattet. Die erste Zuleitung 54 zur Zuführung des Gases weist einen Durchmesser von 8 mm auf, kann aber auch in einem Bereich von etwa 4 bis 12 mm variieren. Die zweite Zuleitung 56 zur Zuführung der Luft weist einen Durchmesser von 34 mm auf, kann aber ebenso in einem Bereich etwa zwischen 20 und 40 mm variieren. Die Abluftleitung 84 weist einen Durchmesser von 50 mm auf.
  • Der Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 beträgt etwa 97 %, der Nutzwirkungsgrad (aufgrund des Wärmespeichers) ungefähr 99 %. Die Temperatur im Brennraum 12 beträgt dabei über ein gleichmäßig verteiltes Wärmeprofil etwa 100 bis ungefähr 150 °C. Die Temperatur des durch die Abluftleitung 84 auszuleitenden Abgases beträgt etwa 30 °C bis 50 °C, vorzugsweise 35 °C bis 40 °C. Der CO2-Ausstoß liegt bei etwa 4,7 %.
  • Als ausgesprochen wirtschaftlich hat sich dabei ein Betrieb der Brenneinrichtung 46 mit bzw. bei einer Heizleistung zwischen ungefähr 1,5 kW bis etwa 2 kW einschließlich erwiesen. Bei einer Heizdauer von nahezu 12 Stunden erfolgt eine Wärmeabgabe infolge der Speicherung der Wärme durch die Vorrichtung 10 nach der Erfindung um weitere 6 Stunden.
  • Im Ergebnis handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 um einen Stauwärme-Gasspeicherofen, der einfach, kompakt und zuverlässig ausgestaltet ist und infolge eines speziell konstruierten Abgassystems dafür sorgt, dass die Wärme in der Vorrichtung 10 verbleibt und nicht durch den Kamin bzw. Schornstein, wie bei einem herkömmlichen Kachelofen, herausgeführt wird. Der Wirkungsgrad und/oder Nutzwirkungsgrad der Vorrichtung 10 nach der Erfindung ist ausgesprochen hoch. Damit einhergehend sind die Betriebskosten der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gering. Nicht zuletzt aufgrund der spezifischen Bau- und Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 lassen sich in vorteilhafter Weise Eigenschaften eines herkömmlichen Kachelofens bezüglich der Abstrahlungswärme mit denjenigen einer sogenannten Außenwandtherme kombinieren. So ist bei der Vorrichtung 10 nach der Erfindung wegen der kleinen Abmessungen der Abluftleitung 78 kein gesonderter Kamin notwendig. Die Vorrichtung 10 kann vielmehr ohne großen Aufwand durch eine Wand des zu beheizenden Raumes, wie eine derartige Außenwandtherme, nach außen hindurch geführt werden. Schließlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 aufgrund des vorgesehenen Rahmengestells 30 jederzeit und beliebig transportfähig.

Claims (27)

  1. Vorrichtung zum Erzeugen, Speichern und Abgeben von Wärme an einen zu beheizenden Raum, umfassend einen von einem Mantel (14) aus feuerfestem Material umgebenen und begrenzten Brennraum (12), der aus Steinen aus Schamotte, Beton, Keramik, Ton oder Speckstein gebildet ist, eine in dem Brennraum (12) angeordnete, mit einem Gas-/Luftgemisch versorgbare Brenneinrichtung (46) und eine im unteren Bereich (80) des Brennraumes (12) angeordnete Abluftleitung (84), wobei der Brennraum (12) gegenüber dem der Brenneinrichtung (46) zugeführten und zu verbrennenden Gas-/Luftgemisch abgeschlossen ist, wobei die Brenneinrichtung (46) als vollvorgemischter Gasstrahlungsbrenner (48) mit einem Brennermedium (50) aus einer homogenen, permeablen Mattenstruktur oder dergleichen ausgebildet ist, wobei dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist, die auf dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe basiert, derart, dass das dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine erste Zuleitung (54) zugeführte Gas die dem Gasstrahlungsbrenner (48) über eine zweite Zuleitung (56) zugeführte Luft mitreißt, wobei eine im Wesentlichen horizontal und sich in oder parallel zu einer von dem Brennermedium aufgespannten Ebene erstreckende Platte (16) oder dergleichen im Bereich des Bodens des Brennraumes (12) zur Bildung eines Raumes (18), vorgesehen ist, über welchen die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft und die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses kommunizieren und wobei in der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdrukkes angeordnet ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gasstrahlungsbrenner (48) ein Gehäuse (52) aufweist, an dessen Oberseite das Brennermedium (50) dem Brennraum (12) zugewandt angeordnet ist und in das die Einrichtung (62) zum automatischen Einstellen des Gas-/Luftverhältnisses des zu verbrennenden Gas-/Luftgemisches einmündet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Brennermedium (50) aus Keramik, insbesondere aus Keramikfasern, ausgebildet ist, die vorzugsweise mit Siliziumkarbid beschichtet und miteinander verschweißt sind.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material mit einer Außenverkleidung (20) versehen ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverkleidung (20) aus Platten aus Stein, insbesondere Naturstein, vorzugsweise Marmor, Granit oder Speckstein, bzw. Kunststein, Keramik, feuerfestem Glas oder Metall, insbesondere Gussstahl, Baustahl, Aluminium oder einer Legierung davon, bzw. einer Kombination daraus ausgebildet ist.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material und/oder die Außenverkleidung (20) wenigstens teilweise wärmeisolierend ausgebildet ist/sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) und/oder die Außenverkleidung (20) rückseitig aus Wärmedämmmaterial (26), insbesondere aus Thermoschamotte, besteht/bestehen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der den Brennraum (12) begrenzende Mantel (14) aus feuerfestem Material von einem Rahmengestell (34) aufgenommen und abgestützt ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) ein Bodenelement (36), eckseitig mit dem Bodenelement (36) verbundene, winkelförmige Längsträgerelemente (38) und ein mit den Längsträgerelementen (38) verbundenes, im Wesentlichen an die Grundfläche des Bodenelementes (36) angepasstes und umlaufendes Kopfelement (40) umfasst.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Rahmengestell (34) aus Stahl, insbesondere nicht-rostendem Stahl, vorzugsweise aus Nirosta, gebildet ist.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über wenigstens ein, insbesondere zwei, Ventil/e (76), vorzugsweise Magnetventil/e, öffen- und schließbar ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases über einen Temperatursensor (78) und/oder eine Zeitschaltuhr (80), der bzw. die in dem zu beheizenden Raum angeordnet ist/sind, betätigbar ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases einen Durchmesser etwa zwischen 4 bis 12 mm, insbesondere von 8 mm, aufweist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft mit dem zu beheizenden Raum oder der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) zur Zuführung der Luft einen Durchmesser etwa zwischen 20 und 40 mm, insbesondere von 30 mm, aufweist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) eine Zündelektrode (64), eine Piezo-Zündeinrichtung (108) oder dergleichen zum Entzünden des Gas-/Luftgemisches zugeordnet ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasstrahlungsbrenner (48) ein Thermoelement (74) zugeordnet ist, das mit dem wenigstens einen in der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases angeordneten Ventil (76) zum Öffnen und Schließen der ersten Zuleitung (54) zur Zuführung des Gases zusammenwirkt.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Thermoelement (74) der Zündelektrode (64) oder der Piezo-Zündeinrichtung (108) zugeordnet ist.
  20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) im rückseitigen Bereich (88) des Brennraumes (12), insbesondere an dessen Rückseite (28), angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Abluftleitung (84) eine Einrichtung (90) zur Entleerung von Kondenswasser zugeordnet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (92) zur Erhöhung des darin herrschenden Unterdruckes ein Gehäuse (94) mit einer Öffnung (96) umfasst, über welche Zuluft aus dem zu beheizenden Raum in die Abluftleitung (84) einführbar bzw. einsaugbar ist.
  23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in geringfügigem Abstand zum Boden des Brennraumes (12) angeordnet ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) in vertikaler Richtung etwa 150 mm bis ungefähr 350 mm, insbesondere etwa 240 mm, oberhalb der von der Oberfläche des Brennermediums (50) aufgespannten Ebene angeordnet ist.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Abluftleitung (84) mit der Außenumgebung des zu beheizenden Raumes kommuniziert.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zuleitung (56) und die Abluftleitung (84) endseitig mit einem Windschutz (102) oder dergleichen versehen sind.
  27. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennraum (12) über eine Öffnung (104) oder dergleichen wenigstens teilweise von außen zugänglich ist, wobei die Öffnung (104) über eine, insbesondere durchsichtige, Verschließeinrichtung (106) oder dergleichen Fenster bzw. Tür abdichtend verschließbar ist.
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